半导体激光器因其效率高、体积小、重量轻、寿命长、易于调制等优点，使其在众多领域中得到非常广泛的应用，但也存在着发散角大、输出功率水平受到COMD值的限制等问题。光子晶体结构可以实现对光场的有效调控，改善光场在激光器结构内部的分布特性，突破上述瓶颈。本论文针对905 nm波长的Fabry-Perot腔半导体激光器，在激光器外延层中引入光子晶体结构，利用光子晶体模式的隧穿特性，扩展光场在垂直方向上的分布，压窄垂直方向上的发散角，改善了传统半导体激光器的性能。本文主要研究内容和创新点如下:　　(1)研究了光子晶体激光器结构设计的理论和方法。针对905 nm波长，分析了实现这一波长的多种材料的特点，选定InGaAs/AlGaAs/GaAs材料来设计有源区量子阱、波导层和限制层，计算了InGaAs量子阱材料的临界厚度，以及905 nm激光器的增益谱和自发辐射谱;在波导层和限制层的设计上，分析了非对称波导结构和光子晶体结构的特点和差别;对影响激光器功率转换效率的各个因素进行了分析，指出串联电阻和内损耗是提高光子晶体结构激光器性能需要优化的主要参数。　　(2)采用MOCVD方法生长了传统结构和光子晶体结构的半导体激光器。生长传统结构激光器的目的是为了对比分析其与光子晶体结构激光器在发散角、输出功率等方面的性能差异。采用SEM、C-V测试、PL谱测试和XRD测试方法分析了MOCVD生长的InGaAs/AlGaAs/GaAs材料的质量。结果显示，外延片的总厚度和有源区厚度的偏差并不是很大;普通结构激光器的自发辐射的谱峰值波长和设计的波长也非常相近;当对外延片进行较高浓度掺杂时，掺杂剂的浓度在数量级上没有太大的偏差;从XRD的摇摆曲线上看，材料组分的偏差比较小。　　(3)国内首次实现了非对称光子晶体结构半导体激光器的窄垂直发散角激射。非对称光子晶体结构半导体激光器是在非对称波导的N型一侧引入光子晶体结构，利用光子晶体的调控作用来扩展光场。相对于传统非对称结构激光器，引入周期数为5对的光子晶体结构的半导体激光器可以把远场发散角从34.2°压窄到14.6°，验证了光子晶体激光器结构的设计理论与方法的有效性。　　(4)优化了非对称光子晶体结构激光器的性能。利用光子晶体结构对光场的调控作用，增加N型区域光子晶体的对数，可以使激光器内部基模的场分布扩展为6～9μm，使发散角降低到10°甚至8°左右;虽然光子晶体结构激光器在衬底上外延生长的材料厚度是普通结构的两到三倍，但是通过提高限制层的掺杂浓度、增加缓冲层、降低限制层的Al组分等方法，激光器的电阻由原来的0.63Ω降低到0.28Ω，与普通结构激光器的串联电阻相当;激光器的直流单管输出功率可以达到1.22 W，而且仍有较大的提升空间。　　本文在窄垂直发散角高功率光子晶体半导体激光器研制方面的研究验证了光子晶体对激光器光场的调控作用，实现了激光器垂直方向上的超大孔径输出，为实现激光器在垂直方向的单横模高亮度输出奠定了理论和实验基础。如果光子晶体结构激光器能够和水平方向的结构相结合，可以获得原有激光器所不具备的一些新性能。